從幹細胞到外泌體， 再生醫學研究掀熱潮！

諮詢╱陳耀昌（臺大醫學院名譽教授、好心肝門診中心特聘血液腫瘤科教授）
撰稿╱黃筱珮、黃靜宜

幹細胞被形容為「生生不息的細胞」，具組織或器官再生能力，是再生醫學的重要核心；而幹細胞會分泌「外泌體（exosome）」，原本被認為是「廢棄物」，近年因研究發現其功效不輸幹細胞本尊，瞬間「垃圾變黃金」，迅速崛起為再生醫療的熱門研究項目，吸引全球生技業者爭相投入。

再生醫療雙法通過 推動生科產業發展

在此一背景下，歷經朝野多年協商，國內「再生醫療雙法」（《再生醫療法》及《再生醫療製劑條例》）終於在2024年6月4日經立法院三讀通過，被視為國內生技產業發展的重要里程碑，有助於帶動再生醫療科技進展，並加速將研發成果擴大至臨床應用，為目前缺乏有效治療或治療成效不彰的疾病帶來新生機。

再生醫學的意思如同其名，是指「組織再生」或「器官再生」的醫學，就如同壁虎斷尾後，能再長出新的尾巴，即為「再生」。再生醫學希望透過相關技術達到再生之目的，幫助受損組織的修復，解決目前醫學難以治癒的疾病，提供醫師及病患更多元的治療選項。

《再生醫療法》開宗明義指出：再生醫療指利用基因、細胞及其衍生物，用以治療、修復或替換人體細胞、組織及器官之製劑或技術。而再生醫療製劑指含有基因、細胞及其衍生物，供人體使用之製劑；再生醫療技術則指於人體執行再生醫療之技術。

但下列技術不包括於再生醫療的範疇，包括輸血、血液製劑、骨髓造血幹細胞移植、周邊血造血幹細胞移植、人工生殖等。

人類胚胎幹細胞首度培養成功 揭開再生醫療序幕

事實上，人類試圖「製造」出各種組織或器官，已有很長的研究歷史。

1998年，人類胚胎幹細胞首度培養成功，揭開再生醫療的序幕。那一年，美國約翰霍普金斯大學的John Gearhart實驗室與威斯康辛大學的James Thomson實驗室，同時發表人類胚胎幹細胞分離與體外培養技術成功。

人類胚胎幹細胞是從囊胚內尚未分化的內細胞團中所取得的一種幹細胞，研究發現其分化能力强大，可以分化成各式各樣的細胞，如神經、血管內皮、肌肉、血液、心臟、腦細胞等。

儘管醫學研究潛力無窮，但使用人類胚胎為材料，不論是法律或倫理爭議都很大，因此各國陸續中止這類的研究。不過後續20多年來，科學家陸續發現其他幹細胞也具有再生醫學潛力，例如誘導型多功能幹細胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）、間質幹細胞（mesenchymal stem cell / mesenchymal stromal cell, MSC）、造血幹細胞等，讓再生醫療研究再現曙光。

 

日本學者發現iPSC「不需要胚胎的胚胎幹細胞」

 

2006年時，日本京都大學教授山中伸彌（Shinya Yamanaka）率領的研究團隊將4個轉錄因子Oct3/4、Sox2、Klf4與c-Myc（簡稱OSKM）送入小鼠皮膚的體細胞後予以重編程（即回到胚胎時期未分化的幹細胞狀態），竟培育出類似胚胎幹細胞的「誘導型多功能幹細胞」（iPSC）。此一石破天驚的發現，再度帶動一波再生醫學研究熱潮，山中伸彌教授並因此獲得2012年諾貝爾生醫獎。

如同胚胎幹細胞，iPSC也可分化成神經細胞、心肌細胞、肝臟細胞等不同胚層細胞，而且是由人體的皮膚、骨髓等體細胞加入特定基因後培育而成，可以說是「不需要胚胎的胚胎幹細胞」，具幹細胞再生功能且無使用胚胎的倫理問題。

 

iPSC 的潛力令人振奮，日本也成立多個iPSC的重要研究機構，並於2014年通過「再生醫學專法」，投入大筆經費。目前利用自體iPSC治療視網膜退化疾病及巴金森氏症，在人體臨床試驗上已有重大進展，可惜因費用過於昂貴，尚未普及。不過，日本大阪大學以iPSC製作心肌細胞層片用於治療心臟衰竭病人，已有幾位病人康復，證實有成效，已準備申請產品上市。日本還有一家公司2023年在美國啟動臨床試驗，將iPSC製成的神經細胞移植到巴金森氏症病人腦部，盼能改善疾病。

儘管如此，iPSC要大規模應用於臨床，還有一些瓶頸，其中之一為異體移植的排斥問題，因此目前科學界也致力於篩選出帶有較少排斥基因的超級捐贈者（super donor），因為他們的染色體雙套HLA是相同的，可以與較多的人配對，各國都希望找到更多這樣的「天選之人」，利用其周邊血液細胞建立起iPSC細胞庫，減少iPSC異體移植的排斥問題。

不過，研究iPSC需要相當多的經費，是一大門檻；一些後續的研究中也發現OSKM這4個基因中，c-Myc及Klf4恐怕會導致細胞癌化，還好目前已克服這部分，不過iPSC在臨床應用上仍有諸多困難尚待解決。

 

►許多國家投入大筆經費成立幹細胞實驗室，致力於再生醫學研究。

間質幹細胞治療部分疾病已見成效

在各類帶來「再生」希望的幹細胞中，間質幹細胞（mesenchymal stem cell, MSC）也非常受到重視。MSC是一種遍佈體內、負責修補受傷組織的細胞。過去以為MSC是「全能性幹細胞」，目前已知它們並不完全具有幹細胞的性質，但確實具有修復細胞或組織的能力。在人體的骨髓、胎盤、新生兒的臍帶（非臍帶血）、脂肪、牙髓等處，都可以採集到豐富的間質幹細胞。

MSC已被證實可分化成骨骼、軟骨、神經、心臟等細胞，為心肌缺血、心肌梗塞、腦中風等疾病帶來治療契機，在脊髓損傷、退化性關節炎、膝關節軟骨的修復也有作用。此外，目前亦有研究及臨床試驗採集臍帶的間質幹細胞，用於治療多發性硬化症、中風、糖尿病等疾病。同時，因為MSC具有免疫抑制作用，可用來治療免疫疾病。

MSC的治療可分為自體及異體，目前以自體MSC的應用成效較為明顯，例如修復心肌梗塞造成的心肌受損。這類研究一開始是將MSC以靜脈注射方式打入病人身上，發現MSC在到達心臟之前，即大部分已被肺部的網內皮系統吞噬，因此後來改成直接注射MSC到冠狀動脈或心肌壞死處，發現確實可改善心肌梗塞病人存活期。

自體MSC對於脊髓損傷的治療也有成效，在日本已獲得健保給付，台灣在衛福部核准之「特管辦法細胞治療技術施行計畫」中，也有一些醫院提出「自體骨髓間質幹細胞治療脊髓損傷」計畫，接受治療的脊髓損傷病人，在動作、力氣、感覺等面向有不同程度的改善。只是費用動輒數百萬元台幣起跳，並非人人能負擔。要普及化，仍須朝異體治療的方向發展。

 

►研究顯示間質幹細胞在退化性關節炎、膝關節軟骨的修復也有作用。
 

異體MSC治療仍有待克服

MSC異體治療有許多優點，可以一人給多人用，價格可以大幅下降，且病人不必等待細胞培養及擴增程序，已培養及擴增完成的MSC製劑能隨時取用，免去數周的等待。

儘管如此，十幾年來異體MSC的臨床試驗成績不如預期，被核准上市的產品只有兩種，都是用來治療免疫疾病，並非再生醫學範疇，產品售價也非常昂貴，在百萬台幣以上。這是因為異體MSC治療還有一些困難，例如異體MSC製劑必須由液態氮冷凍貯存運送，在攝氏零下175度的環境中冰凍的MSC，其細胞膜和細胞骨架（cytoskeleton）會遭到損害，雖然細胞仍存活，但已無作用。所以再生醫學領域有句名言：「MSC像壽司一樣，必須新鮮才有用。」這也是MSC產品化面臨的極大挑戰，只能期待科學家找出替代方案，才能使更多患者受惠。

 

從MSC到外泌體的意外發現 

MSC的臨床應用還需更多努力，不過令醫學界驚喜的是，MSC研究過程中意外發現其衍生物「外泌體（exosome）」更具發展潛力。它是細胞的產物，也被形容為「細胞吐出的口水」，是直徑約50～150nm（奈米）的小囊泡，成分包括mRNA、miRNA、細胞內蛋白（蛋白質、細胞激素）等物質。科學家發現，間質幹細胞就是靠著分泌上述物質來達到促進組織的修復與再生作用。

2010年之前，人們普遍認為間質幹細胞進入體內後，能分化為受損器官的細胞（如心肌梗塞患者的心肌細胞、腦中風患者的腦細胞），但實驗證明這並不正確。動物實驗中，經螢光染色的間質幹細胞在注入體內24小時後，僅有約5%仍留在目標器官，7天後更少於1%。因而得知間質幹細胞的作用其實是「旁分泌效應」（paracrine effect），近期得知就是外泌體及小囊泡發揮作用。

所以，外泌體被認為是MSC的替代品，比MSC便宜，且沒有HLA抗原，不會產生排斥，因此成為全球生技產業的熱門研究主題。它的應用十分廣泛，例如添加於化粧品、保養品中，有些醫美診所也搶搭外泌體商機，主打美容、毛髮再生等效用。

外泌體可添加於化粧品 注射劑型納入再生醫療法管理

據媒體報導，過去尚無法律規範時，業者號稱的外泌體美容保養品，原料來源主要來自植物或動物，如豬、小鹿的羊水細胞或鹿茸幹細胞等，因為全球多數國家並未開放外泌體可自人體身上取得。但「人源外泌體」做為原料，人體比較不會對它排斥，安全性更高。2024年初衛福部終於通過法規，允許來自人體細胞的外泌體做為化粧品原料，但須向衛福部申請個案審查。這也使台灣成為繼美、加、日、韓等4個國家之後，全世界第5個開放人源外泌體在醫美市場的國家。

至於正規的人源外泌體如何取得？可從骨髓、脂肪及臍帶、胎盤、羊水等生育相關器官，或牙髓去培養出間質幹細胞，再萃取出外泌體。

化粧品雖然可以添加，但坊間有些業者違法使用注射型外泌體，號稱可以抗老回春，價格並不便宜，一劑往往數萬元不等，但內容物及來源其實無從得知。日本也因缺乏管理，曾發生民眾注射外泌體感染死亡的案例。

還好國內的「再生醫療雙法」已將屬於細胞衍生物的外泌體納入管制，在相關的管制細節公布之前，所有注射外泌體的醫療行為皆屬違法，化粧品因為未使用注射劑型，所以不在此限。

 

外泌體提供疾病治療及診斷的新方向 開啟再生醫療新篇章

外泌體雖被廣泛應用於醫美，但醫界更期待用它來治療重大疾病，例如脊髓損傷。目前已有醫學界及生技業者投入外泌體治療脊髓損傷的研究，希望有機會在兩、三年內研製出外泌體關鍵藥物，帶給脊髓損傷患者重生契機。

國衛院也曾發表研究成果，研究人員利用特殊技術刺激MSC，可分離出具有修復細胞功能的幹細胞外泌體（stem cell-derived exosomes），從中鑑定出促使腦神經再生及腦部功能恢復的活性物質。若對大腦受損的小鼠注射外泌體，觀察到受損的神經細胞長出突觸，神經細胞的數量可以恢復到原本的6成。

國衛院的此項研究顯示外泌體較MSC更具有促進組織再生的能力，又能避免細胞植入手術的風險及副作用。系列研究分別於2019、2020年發表於國際再生醫學權威期刊《STEM CELLS Translational Medicine》，為腦損傷和神經退化疾病的治療提供新方向。

在癌症診斷上，外泌體也有角色。例如臺大醫院與臺大醫學院的研究團隊，已發現利用尿液中外泌體的甲狀腺球蛋白（urinary exosomal thyroglobulin, U-Ex Tg），可作為甲狀腺癌術後監測的生物標記，這是一個全新的生物指標。該研究成果獲得《國際奈米醫學期刊》（International Journal of Nanomedicine）刊登，以及美國、日本與台灣專利認證。將來若運用於臨床，患者只需透過尿液檢測即可追蹤甲狀腺癌，為患者提供了一個更靈敏的術後追蹤工具，且有望減少患者的經濟負擔和心理壓力。

整體來說，過去台灣在小分子藥物研發遠遠落後於國際大廠，如今外泌體的發現帶給台灣生技產業重新洗牌的機會，讓台灣跟國際站在相同的起跑點衝刺，加上幹細胞研究屢有突破，台灣現在研究人才已經倍增，可望開啟再生醫療的全新篇章。

 

觀念釐清！
再生醫學領域不包括免疫細胞抗癌

再生醫學的核心角色是「幹細胞」，幹細胞雖然也常被歸類為細胞治療，但是幹細胞主要是運用於再生醫學，與其他免疫細胞治療多用於抗癌的屬性大不相同，不宜混為一談。

細胞治療依其目的，可分為「癌症治療」與「再生醫學」兩大類：其中癌症治療的作法多半是抽取病人自己的免疫細胞，例如自然殺手細胞（natural killer cell, NK）、樹突細胞（dendritic cell, DC）等，予以擴增或訓練其辨識出癌細胞，再回輸病人體內，希望可以殺死癌細胞。衛福部曾公布《特定醫療技術檢查檢驗醫療儀器施行或使用管理辦法》（簡稱特管法），主要是回應民眾希望嘗試免疫細胞抗癌的需求，但迄今治療效果有限。

再生醫學則是利用幹細胞的分化及增生特性，來修補器官或組織損傷，可以使用自體細胞，也可以使用異體細胞。免疫細胞用於治療癌症，不涉及組織與器官的再生，因此不屬於再生醫學的範疇。